SPARQL 基础

第 19 章 · 知识图谱

RDF 里的三元组存好了，怎么查？SPARQL（SPARQL Protocol and RDF Query Language）是 W3C 为 RDF 制定的标准查询语言：用图模式（Graph Pattern）描述「你要找什么样的子图」，引擎在数据图上做模式匹配，返回绑定了变量的结果。本章介绍 SPARQL 概述、四种查询形式（SELECT、CONSTRUCT、ASK、DESCRIBE）、基本图模式（BGP）与 FILTER、OPTIONAL，以及 FROM 与命名图。

一、SPARQL 查询语言概述

SPARQL 查询由三部分构成：前缀声明（PREFIX）——将 URI 缩写为短前缀，便于书写；查询形式（Query Form）——决定返回的是结果集、RDF 图、布尔值还是描述；查询体——主要是 WHERE 子句中的图模式，描述要匹配的图结构。

图模式由三元组模式（Triple Pattern）组成：每个模式形如 (s, p, o)，其中 s、p、o 可以是 URI、字面量或变量（以 ? 或 $ 开头，如 ?x、?name）。变量在模式匹配时被绑定到图中的节点或边；多个三元组模式写在一起形成基本图模式（BGP），表示这些模式在同一个匹配中同时成立（相当于连接）。

SPARQL 查询结构：前缀、查询形式、WHERE 中的图模式

二、四种查询形式：SELECT、CONSTRUCT、ASK、DESCRIBE

SELECT：返回与图模式匹配的变量绑定（结果表），可指定要返回的变量列表（* 表示全部）。最常用于「查实体、查属性、查关系」。

CONSTRUCT：用匹配到的绑定构造新的 RDF 图。WHERE 提供匹配，CONSTRUCT 中写模板三元组（变量会被替换），输出为 RDF。常用于转换、视图、或生成子图。

ASK：只回答「是否存在至少一个匹配」，返回布尔值 true/false。用于存在性检查、约束校验。

DESCRIBE：返回对指定资源（或变量绑定到的资源）的描述，具体形式由实现定义，通常包含以该资源为主语或宾语的三元组。用于「给我关于这个 URI 的所有已知信息」。

SELECT

Return variable bindings (result table). Use for querying entities and relations.

CONSTRUCT

Build a new RDF graph from bindings. Use for transformation or views.

ASK

Return true/false if any solution exists. Use for existence checks.

DESCRIBE

Return description of resource(s). Implementation-defined shape.

示例（前缀略）：

SELECT ?person ?name
WHERE {
  ?person ex:name ?name .
  ?person ex:type ex:Person .
}

CONSTRUCT { ?x ex:label ?name } WHERE { ?x ex:name ?name . }

ASK { ex:Alice ex:knows ex:Bob . }

三、基本图模式（BGP）与 FILTER、OPTIONAL

基本图模式（Basic Graph Pattern, BGP）是若干三元组模式的并列，用空格或换行分隔，结尾用点 .。匹配时，所有三元组模式必须在同一匹配中同时满足，共享的变量表示「同一个节点」。例如 ?a ex:p ?b . ?b ex:q ?c 表示找一条 p 边再沿 q 边，?b 是中间节点。

FILTER 对绑定施加约束表达式，只保留使表达式为 true 的解。常用 =、!=、<、>、regex()、lang()、bound(?x) 等。FILTER 在 BGP 匹配后应用，可过滤掉不需要的绑定。

OPTIONAL 表示「可选的」子模式：若子模式有匹配则扩展绑定，若无匹配则保留当前绑定、未匹配到的变量为 unbound。语义等价于左外连接。例如「查所有人，若有出生日期则一并返回」：主 BGP 匹配 ?person，OPTIONAL { ?person ex:birthDate ?d } 则在不破坏主匹配的前提下尽量绑定 ?d。

BGP 为必匹配；OPTIONAL 为可选子模式（左外连接）；FILTER 为后过滤条件

SELECT ?person ?name ?d
WHERE {
  ?person ex:name ?name .
  ?person ex:type ex:Person .
  OPTIONAL { ?person ex:birthDate ?d } .
  FILTER (regex(?name, "^A"))
}

四、FROM 与命名图

默认情况下，SPARQL 查询针对存储的默认图（Default Graph）进行匹配。通过 FROM 可指定要查询的图的 URI，即从该命名图（Named Graph）或默认图中读取数据。FROM NAMED 则声明「还有这些命名图可供使用」，在模式中通过 GRAPH ?g { ... } 对指定命名图进行匹配。

语义上：FROM  把 的内容加入默认图（或作为查询的默认数据集）；FROM NAMED  把 作为命名图，其名字为 ；在 WHERE 里写 GRAPH ?g { ... } 表示在命名图 ?g 上匹配内部模式。这样可区分不同来源、版本或语境的 RDF 数据。

FROM 与 GRAPH 小结

FROM <uri>：指定默认数据集；FROM NAMED <uri>：注册命名图；GRAPH ?g { pattern }：在命名图 ?g 上匹配 pattern。用于多图、溯源、版本。

默认图与命名图：FROM 指定默认数据集，FROM NAMED 与 GRAPH 处理命名图

SELECT ?s ?p ?o
FROM <http://example.org/default>
FROM NAMED <http://example.org/g1>
WHERE {
  GRAPH ?g { ?s ?p ?o } .
  FILTER (?g = <http://example.org/g1>)
}

一句话： SPARQL 用图模式在 RDF 上做匹配，返回绑定或构造图。四种形式：SELECT（结果表）、CONSTRUCT（生成 RDF）、ASK（布尔）、DESCRIBE（资源描述）。BGP 是三元组模式的合取；FILTER 过滤绑定；OPTIONAL 为左外连接。FROM 指定默认图，FROM NAMED 与 GRAPH 处理命名图。

实践： 在 DBpedia 或 Wikidata 的 SPARQL 端点运行一条 SELECT：查「类型为 Person 且有名 name 的实体」前 10 条；再写一条带 OPTIONAL 的查询，例如可选地取 abstract，体会 OPTIONAL 对结果行数的影响。

五、小结

SPARQL 是 RDF 的标准查询语言，由 PREFIX、查询形式与 WHERE 图模式组成。SELECT/CONSTRUCT/ASK/DESCRIBE 四种形式分别返回结果表、RDF 图、布尔与描述。BGP 为基本图模式（三元组模式合取），FILTER 与 OPTIONAL 扩展表达能力。FROM 与 FROM NAMED、GRAPH 用于默认图与命名图。下一章讲SPARQL 进阶与联邦查询：聚合、子查询、属性路径、SERVICE 联邦、更新与优化。